沈阳地铁一号线工程初步设计暗挖区间设计总结

沈阳地铁一号线工程初步设计暗挖区间设计总结

作者：徐楷

来源：《城市建设理论研究》2013年第29期

中图分类号：TU238+.2文献标识码：A 一、工程概况

暗挖区间总共有三段，以下逐一介绍

保工街站～铁西广场站区间隧道工程，区间全长1260.5m双线米，隧道底板最大埋深20.2m（覆土厚度16.0m）、最小埋深15.6m（覆土厚度9.4m）。线路坡度呈“V”字型，区间线路在铁西广场站站前设渡线、存车线及预留与地铁5号线的联络线节点，区间停车线段设施工竖井，与联络通道结合设计。线路最低点处设一泵站，与联络通道结合设计。

南市站～青年大街站区间隧道工程，区间全长939.74m双线米，隧道底板最大埋深22m（覆土厚度16m）、最小埋深16.1m（覆土厚度9.9m）。区间线路在青年大街站站前设渡线、存车线及联络线，区间停车线段设施工竖井，与联络通道结合设计。

青年大街站～怀远门站区间隧道工程，区间长度1143.125双线米，隧道拱顶埋深14.3～13.3m。线路坡度呈“V”字型，在区间隧道的最低点位置设置排水泵房及联络通道，泵站与联络通道结合设计。

三个区间基本位于城市交通主干道下，在线路通过区地面下铺设有密集的地下管线，沿线建筑物位于区间两侧。

二、工程的设计重点、特点和难点 (一)工程重点

保工街站～铁西广场站区间和南市站～青年大街站区间设渡线、存车线及联络线，断面较多，比较复杂，但比较相似。青年大街站～怀远门站区间为标准单洞断面，比较简单，以下重点介绍保工街站～铁西广场站区间的区间渡线设计。

区间渡线全长460ｍ,是一个具有双向折返、停车检修,并与地铁5号线联络接轨的大型地下洞群工程。该工程设有单线、双线、渡线、渐变加宽等多种不同断面形式,各种断面交错分布,转换频繁,有多处断面变化点, 隧道跨度6.2~13.8m, 采用矿山法施工难度较大，为适应不同断面形式的要求,相应采用了台阶法、中隔壁法、眼镜法、中洞法等工法。该区间渡线隧道通过

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的地层主要为粉质粘土、中-粗砂、砾砂、圆砾交互沉积而成,围岩自稳能力差,加之地面动荷载引起的震动,开挖时极易造成坍方，应采取辅助施工措施。该区域内地下水丰富,由于地下水水头高,单位涌水量大，矿山法需在无水条件下施工，因此应采取施工降水。 2．工程难点

本区间南北两条渡线斜贯东西正线,结构受力转换十分复杂,在渡线与区间正线汇合为一洞室处,结构跨度达14.2m,如此大断面分块开挖,将多次扰动原状土体,使得地面沉降量难以控制,加之本区间折返线断面由小到大、由大到小频繁变化,给设计和施工带来极大难度。因此, 根据各种不同断面型式特点及所处地质条件,本着“稳妥可靠、安全优质”的原则,对本段工程的设计施工方案需作反复比选、研究,从而拟定了适应不同断面型式、不同地质特点的设计和施工方案。

三、主要方案形成过程 (一)设计方案的基本原则

鉴于本工程所处的特殊地理位置,我们确定了选用设计方案的基本原则：1、施工中确保地面环境稳定,地中管网正常运营,由开挖支护引起的地面最大沉降值不超过30mm; 2、具有可连续性,能兼顾前后断面结构的型式变化及工法转换;

3、可操作性强,施工方法既要有先进性,同时也应充分考虑我国现阶段在工程技术方面的国情;

4、工期短,造价低。 （二）超前支护方案的研究

由于本区间隧道处于砂质地层中,土体开挖后地层不稳定或稳定时间极短,支护结构初期承受压力大,变形快,如果控制不当,地层很快松弛,所以施工中必须选用适当的辅助措施对隧道周围地层进行超前支护或预加固,将掌子面前方土层因开挖释放的能量传至后部稳定土体中,以达到控制地面沉降,防止坍塌的目的。表1对工程待选的几种超前支护方案的特点、适用的地质条件及断面形式进行了对比分析。 表1超前支护方案比选

特点 1.构件长度短,作为超前支护无法传递土压荷载,沉降量大; 2.支护构件刚度小,承载能力低,受载挠度大;

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3.支护作用长度不够,对掌子面土体滑移的约束力小;

4.无需大型机具设备,具有灵活机动、易于施工的优点。 1.作为超前支护,管棚长度较长、刚度大,承载能力高,受载挠度小,可减小地面沉降量; 2.钻孔机具需要有足够的作业空间; 3.循环作业时间较长,影响工期。 （三）开挖支护方案的研究

地下浅埋暗挖工程开挖支护施工方法主要有台阶法、中隔壁法、“眼镜”法、中洞法和侧洞法,不同的施工方法具有不同的特点。为便于分析,现就上述各主要施工方法的特点、适用条件、沉降量控制效果、工期、造价等方面作一比较,见表2。 表2开挖支护施工方案比较 （四）本渡线段的施工方案

针对本段区间隧道渡线段的矿山法断面，具体施工方法如下： 单线单洞隧道

本暗挖断面的洞室开挖宽度为6.1m，开挖高度为6.48m，隧道拱部为圆砾层（③-4-5），底部为砾砂层（④-4），推荐采用台阶法开挖，随着开挖，及时架设初期支护，并设置Φ32超前小导管注浆预先加固地层。该工法对于跨度较小的单洞而言，施工简单，技术成熟，在北京等地区应用比较广泛，有很多成功的实例。 双线单洞过渡段隧道

本暗挖断面的洞室开挖宽度为6.1～8.5m，开挖高度为6.5～8m，隧道拱部为圆砾层（③-4-5），底部为砾砂层（④-4），推荐采用中隔壁法开挖，随着开挖，及时架设初期支护，并设置Φ32超前小导管注浆预先加固地层。该工法施工简单，技术成熟，在北京等地区应用比较广泛，有很多成功的实例。 双线单洞隧道

该暗挖段洞室开挖尺寸为13.8×9.7m，采用双侧壁导坑法施工：将开挖大断面分解为6个小断面，先后开挖两侧导洞并施作初期支护，并设置大管棚φ108@300预先加固地层，之后开挖上部核心土，形成拱部初期支护，最后开挖下台阶施作底部初期支护，使初期支护全断面闭

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合。凿除小断面的隔墙（板），施工两侧二衬结构并架设临时支撑，最后浇注中间拱部及仰拱衬砌形成大断面隧道结构。 （五）本渡线段的施工措施

在暗挖施工中严格遵照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的十八字原则，具体施工技术措施如下：

1、采用分步导洞法开挖，环形开挖留核心土保证工作面的稳定，严格控制每循环进尺，控制台阶长度充分利用地层纵向承载拱的作用，尽快封闭初期支护，减少地层松弛，必要时提前进行二次衬砌施工。施工期间，每开挖一步，应及时喷混凝土封闭稳定掌子面。 2、由于地层稳定性差，在初期支护与围岩之间经常出现空隙，甚至出现地表下沉量大于洞内拱顶下沉量，因此需及时进行初期支护周边2～3m厚系统固结注浆和初期支护背后充填注浆。

3、对于渡线范围的大断面隧道，采用长管深孔劈裂注浆预先加固地层，可有效控制地面沉降。

4、隧道开挖时，考虑在沿线区间两侧打设井点，进行降水，保证区间开挖过程中隧洞内干燥。在土方开挖的过程中，还要考虑在洞内布置排水沟及集水井，收集施工期间的洞内渗漏水。

5、初衬格栅拱连接节点的优化

初期支护中格栅拱的连接节点形式很重要。以往设计中这种节点多采用钢板连接，方形或三角形钢板设于每段格栅端头，与格栅主筋焊接，格栅拱就位后，端头钢板通过螺栓连接。此种接头形式的主要优点是节点就位迅速、准确度较高。通过工程实践发现仍存在不少问题，主要有：a.钢板与喷射混凝土接触不密贴，易形成空洞；b.钢板加大了喷射混凝土的回弹量；c.由于格栅拱的制作误差，端头两钢板较难在平面上完全密贴，螺栓连接不能到位，辅于施焊也较难实施，直接影响了初期支护效果和格栅拱使用寿命。因此，此种节点连接形式需进一步优化。

将钢板改用角钢，仍通过螺栓连接，带格栅安装完毕后，采用辅助钢筋与格栅主筋焊接。此种节点形式格栅就位迅速、准确，与喷射混凝土结合好，并改善了格栅节点受力状态，克服了钢板节点的缺点，并降低了造价。

6、施工的监控量测是软弱围岩浅埋暗挖法施工的一项十分重要的工作，是动态设计不可缺少的组成部分，在施工过程中应通过动态监测支护体系变位情况和支护结构力学状态，及时反馈设计，调整和修改设计参数，以确保施工安全可靠。

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四、存在的问题（经验教训）

（一）本区间渡线断面由小到大、由大到小频繁变化, 结构受力转换十分复杂,给设计和施工带来极大难度，因此必须根据不同断面变化,采取相应的工法及加固处理措施进行灵活巧妙的过渡施工。

隧道断面转换时具体采用由大往小法还是由小往大法施工,则要根据工程特点进行比较后选择。有条件时优先采用由大往小法施工,安全容易得到保证。初设时考虑的不够全面，多处由小往大法施工，施工时较困难。施工设计时应通过施工竖井的调整和在大断面隧道处采用增加横洞创造由大往小施工条件。

（二）区间施工设计时应与线路、限界专业密切配合，通过优化区间渡线段的线路，优化限界尺寸，减少大断面出现的概率和缩小大断面的尺寸。这就要求结构专业负责人应尽量多掌握一些线路和限界等与结构有关专业的知识，与其他专业积极交流，共同商讨出一个满足各个专业功能要求的优化的结构方案。

在与其他专业配合时，应避免过于维护自己专业的利益，结构专业的负责人应用全局的眼光来审视大的方案，多站在别的专业的立场上考虑方案，因为一个优秀的工程是由多个专业积极合作产生的。一个好的结构方案不单单是结构简单、施工方便的方案，而是满足各项使用功能的简单易行的结构方案。